人体皮肤作为人体最大的器官，不仅具有保护、分泌和呼吸的基本功能，而且还是人类与物质世界相互作用和交流的重要体感系统。近年来，仿生电子皮肤的开发已经激起了科研人员的极大兴趣，其在可穿戴个人健康监测、智能假肢和机器人、人机交互和人工智能等领域有着广泛的应用。

基于不同的物理传感机制，电子皮肤可以分为压阻、电容、压电和摩擦电等类型。电子皮肤能够检测和量化多种环境刺激，包括温度、湿度、压力、振动和触觉，并将其转化为实时和可视化的电子脉冲。摩擦纳米发电机是一种利用接触起电与静电感应的耦合效应，将普遍存在的机械能转化为宝贵电能的新型能量获取技术，具有成本低、结构简单、使用方便、材料选择多样、转换效率高等优点，在可穿戴电源和自供电传感领域具有广阔的应用前景，是能源自主式电子皮肤的理想选择。

柔性、可拉伸性、灵敏性、适应性、机械耐久性是目前电子皮肤最常见的研究方向，也是比较容易实现的。近年来，为了提高电子皮肤的综合性能，电子皮肤的可回收性、自愈性、形状记忆性、电致发光、机械发光等特殊功能逐渐被研究。尽管上述方面不断优化和完善，但电子皮肤的舒适性、安全性和环保性一直被忽视，这在很大程度上阻碍了电子皮肤的实际应用。因此，具有理想的舒适性和实用性的电子皮肤必须具有透气性、生物降解性和抗菌性。透气性是调节热湿平衡，实现人体与外界环境气体交换的重要性能。然而，大多数高性能的电子皮肤都是以膜作为电极或基质，这可能会导致皮肤不适，甚至引发炎症和瘙痒。此外，电子皮肤与人体皮肤的长期接触，是微生物生长的良好媒介，因此抗菌特性是电子皮肤抑制细菌生长、预防细菌感染的重要性能。此外，大部分材料都不是一次性的，在使用寿命结束时，可能会变成电子垃圾，甚至危害人体或污染环境。

近日，中科院北京纳米能源与系统研究所研究团队设计了一种基于摩擦纳米发电机的透气可降解抗菌自供电的全纳米纤维电子皮肤，实现了机械能收集和人体全身生理和关节运动信号自驱动传感。通过将聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和聚乙烯醇（PVA）纳米纤维膜分别作为起电层和基底，银纳米线（AgNW）作为中间层，形成了具有多层交错纳米纤维网络和众多三维微纳孔洞结构的基于摩擦纳米发电机的电子皮肤，有利于人体皮肤与外界环境的热湿传递。同时，该电子皮肤具有非常好的抗菌性能，能够有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，阻止细菌感染。通过改变生物可降解材料PLGA和PVA的尺寸及搭配，该电子皮肤的降解周期可以调节为几天到数周。此外，该电子皮肤的最大输出功能为130 mW /m2、电压响应灵敏度为0.011 kPa-1，可以实现人体全身生理信号（如微表情、脉搏、呼吸和发声）和关节运动（如指关节、手肘、膝盖和脚踝）的实时非侵害自供电监测。这项工作为开发实用性的多功能电子皮肤提供了前所未有的研究策略。该成果以“A breathable, biodegradable, antibacterial, and self-powered electronic skin based on all-nanofiber triboelectric nanogenerators” 为题发表在Science Advances上。

基于摩擦纳米发电机的全纳米纤维电子皮肤的结构设计和成分特征

拉伸性，透气性和电输出性能表征

抗菌性和可降解性能表征

全身生理信号和关节运动监测

Science Advances (IF:12.804) Pub Date :2020-06-26,

DOI: 10.1126/sciadv.aba9624